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晶圓制造中的“鳥喙效應”(bird beak)

發布時間:2024-08-16作者來源:薩科微瀏覽:2474

集成電路采用LOCOS(Local Oxidation of Silicon)工藝時會出現“鳥喙效應”(bird beak),這是一種在氧化硅生長過程中,由于氧化物側向擴展引起的現象。

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1. LOCOS工藝的基本步驟

圖形化工藝:在硅片上使用光刻技術定義需要氧化的區域。

硝化硅層沉積:在硅片表面沉積一層氮化硅(Si3N4),作為氧化掩膜。

氧化過程:在高溫下通入氧氣或水蒸氣,使暴露的硅區域氧化,形成二氧化硅(SiO2)。

去除掩膜:去除氮化硅層,留下氧化區域。


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2. “鳥喙效應”的形成原因

“鳥喙效應”主要在氧化過程中形成,其原因可以分解為以下幾個方面:

a. 氧化物的側向擴展:在LOCOS工藝中,氧化不僅向垂直方向(向下)生長,還會向水平方向(側向)擴展。由于氮化硅層在氧化過程中起到掩膜的作用,但其邊緣部分仍然會受到氧化介質的影響,這導致了氧化物在氮化硅邊緣下方的生長,從而形成“鳥喙”。

b. 氧化應力:在氧化過程中,硅和二氧化硅之間的體積膨脹差異會產生應力。硅氧化生成二氧化硅時,體積會增加約2.2倍,這種體積膨脹導致了氧化物在邊緣區域的應力集中,從而促使氧化物向側向擴展。

c. 氮化硅邊緣效應:氮化硅在LOCOS工藝中的作用是阻止氧氣或水蒸氣滲透,但在氮化硅邊緣附近,氮化硅的覆蓋效果會有所減弱,部分氧氣或水蒸氣可以通過氮化硅的邊緣滲透到硅表面,引發邊緣硅的氧化。這種邊緣效應導致了氧化物的側向生長,從而形成鳥喙狀的結構。

3. “鳥喙效應”的影響:“鳥喙效應”會導致LOCOS工藝中氧化層的精度降低,影響器件的特性,尤其在小尺寸器件中更為顯著。為了減小“鳥喙效應”,通常會采取以下措施:

改進掩膜材料:使用更有效的掩膜材料以減少邊緣滲透。

優化工藝參數:通過控制氧化溫度、時間和氣氛等參數來減少側向擴展。

使用替代技術:例如采用淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation, STI)技術,避免鳥喙效應的影響。

從技術角度看,“鳥喙效應”是由于LOCOS工藝中氧化物的側向擴展和氮化硅掩膜的邊緣效應所導致。通過對工藝參數和材料的優化,可以減小這種效應,但在現代微電子制造中,替代技術(如STI)已經逐漸取代了LOCOS工藝,以提高器件的集成度和性能。


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